新高考一轮复习人教版光合作用与细胞呼吸的关系教案

第3课时光合作用与细胞呼吸的关系素能目标★备考明确考点一光合作用与细胞呼吸物质和能量转化关系【典例导引】(2017·全国卷Ⅱ)下图是某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。据图回答下列问题：(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是________、________、________、________，[H]代表的物质主要是________。(2)B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在__________(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是_______________________。[解析](1)由分析可知，图中①表示光合作用光反应阶段水光解的产物O2；②是生成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的反应物NADP＋；③是生成ATP的原料ADP＋Pi；④代表光合作用暗反应阶段参与固定CO2的物质C5；图中[H]代表的物质是呼吸作用过程中的还原型辅酶Ⅰ(NADH)。(2)细胞中生成ATP的场所除叶绿体外还有细胞质基质(C)和线粒体(D)。(3)细胞质基质中的丙酮酸可以转化成酒精的原因是植物细胞缺氧，导致细胞进行无氧呼吸。[答案](1)O2NADP＋ADP＋PiC5NADH(或还原型辅酶Ⅰ)(2)C和D(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸【信息获取——模型构建图文转换】构建光合作用与呼吸作用过程中的物质转化关系模型[典型图示][问题设计]据图填写下表相关内容提供的标记物最先出现放射性的物质最终出现放射性的物质“对18O的示踪分析”的注意点18O2eq\a\vs4\al(水)(①途径)①→水→②→二氧化碳→⑧→⑤→三碳化合物→葡萄糖等有机物→③→丙酮酸如果分析“首先出现在”“短时间出现在”，一般是要求分析第一步反应，不必沿箭头所指路线过多分析；如果是分析“在哪些物质中出现”，则需要沿箭头所指路线将所有可能出现的情况分析出来Heq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O氧气(④途径)；水(蒸腾作用)④→氧气→⑦→①→水→②→二氧化碳→⑧→⑤→三碳化合物→葡萄糖等有机物→③→丙酮酸C18O2三碳化合物(⑤途径)(一)⑤→三碳化合物→葡萄糖等有机物→③→丙酮酸；(二)⑤→水→⑥→④→氧气14CO2三碳化合物(⑤途径)⑤→三碳化合物→葡萄糖等有机物→③→丙酮酸【对点落实】1．(多选)(2020春·雁峰区月考)下面是几个放射性同位素示踪实验，对其结果的叙述正确的是()A．利用15N标记某氨基酸，粗面内质网的核糖体和游离核糖体均出现放射性B．给水稻提供14CO2，则14C14CO2→14C3→(14CH2OC．给水稻提供C18O2，则产生18O2必须经历光合作用、有氧呼吸、再一次光合作用D．小白鼠吸入18O2，则在其尿液中可以检测到Heq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O，呼出的二氧化碳也含有18O解析：选ABD氨基酸是合成蛋白质的原料，蛋白质是在核糖体上合成的，A正确；标记二氧化碳中的C，其转移途径是先到C3然后到糖类，B正确；标记二氧化碳中的氧，经过光合作用到糖类中，然后呼吸作用到二氧化碳中，不会到氧气中，C错误；小白鼠吸入标记的18O2，因为细胞呼吸可以形成放射性的水，再经体液循环，在尿液的水中可以检测到，水参与有氧呼吸第二阶段在呼出的二氧化碳中也能检测到，D正确。2．(2016·浙江高考)下面是关于植物光合作用的问题。请回答：(1)光反应发生在叶绿体的____________中，H2O在光反应中裂解为________________。(2)若以14CO2作为光合作用的原料，在卡尔文循环中首先出现含14C的三碳化合物是________。该三碳化合物在NADPH的氢和ATP的______________等物质存在的情况下，(3)给某植物提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O。氧气中含有18O是由于________________________________________________________________________，Heq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O又作为原料参与了光合作用之故。(4)植物光合作用光饱和点可通过测定不同________下的光合速率来确定。在一定条件下，某植物在温度由25℃降为5℃的过程中光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充足时的光合作用最适温度________(选填：＜、≤、＝、≥、＞)解析：(1)光反应发生在叶绿体的类囊体膜中，H2O在光反应中裂解为H＋、O2和电子。(2)卡尔文循环中首先是1分子CO2在酶的催化作用下与1分子五碳糖(RuBP)结合，形成1个六碳分子，这个六碳分子随即分解成2个三碳酸分子(即3­磷酸甘油酸)。然后每个三碳酸分子接受来自NADPH的氢和ATP的磷酸基团形成三碳糖磷酸。(3)给某植物提供C18O2和H2O，光合作用过程中18O的去路是6C18O2＋12H2O→C6Heq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(12))O6＋6O2＋6Heq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O，其中产物Heq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O又作为光反应的原料，在水的光解中产生18O2。(4)光饱和点是指达到最大光合速率时的最低光强度，因此测定光饱和点时需要测定在不同光强度下的光合速率。在一定条件下，某植物在温度由25℃降为5℃的过程中，光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充足时光合作用的最适温度应该不低于25℃。答案：(1)类囊体膜H＋、O2和电子(2)三碳酸磷酸基团(3)C18O2中的部分氧转移到Heq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O中(4)光强度≥eq\a\vs4\al([拓展归纳])光合作用与细胞呼吸物质转化关系①C：CO2eq\o(→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸Ⅰ))C3H4O3eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸Ⅱ))CO2②O：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))O2eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸))H2O③H：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))NADPHeq\o(→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸Ⅰ、Ⅱ))[H]eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸Ⅲ))H2O【科学思维——归纳概括融会贯通】1．光合作用中NADPH与细胞呼吸中[H]的来源和去路比较2．光合作用与细胞呼吸中ATP的来源与去路比较【对点落实】3．(2020·安阳二模)下列有关水稻叶肉细胞内NADH和NADPH的叙述，正确的是()A．有氧条件下，NADH在细胞质基质中产生，在线粒体中被消耗B．无氧条件下，NADH在细胞质基质中产生，但不被消耗C.光照条件下，NADPH在叶绿体的类囊体薄膜上产生D．黑暗条件下，NADPH在叶绿体基质中产生解析：选C有氧条件下，NADH在细胞质基质和线粒体基质中产生，在线粒体内膜上被消耗，A错误；无氧条件下，NADH在细胞质基质中产生并消耗，B错误；光照条件下，NADPH在叶绿体的类囊体薄膜上产生，C正确；黑暗条件下，叶绿体中不产生NADPH，D错误。考点二光合速率、呼吸速率及其相互关系【典例导引】(2019·全国卷Ⅱ·节选)通常，对于一个水生生态系统来说，可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量，可在该水生生态系统中的某一水深处取水样，将水样分成三等份，一份直接测定O2含量(A)；另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中，密闭后放回取样处，若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下，本实验中C与A的差值表示这段时间内_______________；C与B的差值表示这段时间内______________________；A与B的差值表示这段时间内________________。[解析]单位时间生产者制造有机物的量等于生产者积累有机物的量与呼吸量的总和。题述测量的三份水样中A为对照，B为生产者进行呼吸作用后剩余的氧气量，C为生产者进行光合作用和呼吸作用后玻璃瓶中的氧气量。C与A的差值(C－A)表示该段时间内生产者净光合作用的放氧量(或积累有机物的量)，A与B的差值(A－B)表示该段时间内生产者进行呼吸作用消耗氧气的量(或消耗有机物的量)。所以该段时间内生产者光合作用的总放氧量(或制造有机物的量)为：(C－A)＋(A－B)＝C－B。[答案]生产者净光合作用的放氧量生产者光合作用的总放氧量生产者呼吸作用的耗氧量【信息获取——模型构建图文转换】构建光合作用、呼吸作用的“三率”图示模型[典型图示][问题设计](1)“三率”的表示方法①呼吸速率：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2释放量或O2吸收量，即图1中A点。②净光合速率：绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量，即图1中的C′C段对应CO2量，也称为表观光合速率。③总(实际)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1中的AD段对应的CO2总量。(2)图2中曲线Ⅰ表示总光合量，曲线Ⅲ表示呼吸量，曲线Ⅱ表示净光合量。交点D对应点E，此时净光合量为0，B点时植物生长最快。(3)图3中曲线c表示净光合速率，d表示呼吸速率，c＋d表示总光合速率。在G点时，总光合速率是呼吸速率的2倍。(4)图1中B点对整个植株而言，光合速率＝呼吸速率，而对于叶肉细胞来说，光合速率＞呼吸速率。(填“>”“＝”或“<”)【对点落实】1．(2020·中山市二模)某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如下图。据此，对该植物生理特性理解错误的是()A．呼吸作用的最适温度比光合作用的高B．适合该植物生长的温度范围是10～50C．在0～25℃范围内，D．净光合作用的最适温度约为25解析：选B由图可知，呼吸作用的最适温度为50℃，总光合作用的最适温度为30℃，因此，呼吸作用的最适温度比光合作用的高，A正确；由图可知，45℃时净光合速率为0，超过45℃，净光合速率为负值，没有有机物的积累，不适合该植物生长，B错误；由总光合速率和呼吸速率曲线可知，在0～25℃范围内，光合作用的增长速率大于呼吸作用，说明温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大，C正确；由净光合速率曲线可知，该植物在2．(2020·贵阳市统考)如图为有关环境因素对植物光合作用影响的关系图，下列有关描述错误的是()A．图1中，若光照强度适当增强，A点左移，B点右移B．图2中，若CO2浓度适当增大，A点左移，B点右移C．图3中，A点与B点相比，A点时叶绿体中C3含量相对较多D．图4中，当温度高于25℃时，解析：选D图1中A为CO2补偿点，B为CO2饱和点，若光照强度适当增强，则光合作用强度也随之增强，所以A点左移，B点右移，A正确；图2中，A为光补偿点，B为光饱和点，若CO2浓度适当增大，则光合作用强度也随之增强，所以A点左移，B点右移，B正确；图3中，A、B两点对应的光照强度相等，又因A点时CO2浓度比B点时的高，所以A点与B点相比，A点时叶绿体中C3含量相对较多，C正确；图4中，温度为25℃时，净光合量最多，当温度高于25℃时，呼吸作用增强eq\a\vs4\al([规律方法])“补偿点”“饱和点”的移动规律【科学探究——领悟方法提升能力】光合速率的测定方法1．气体体积变化法——测光合作用O2产生的体积或CO2消耗的体积[实验原理](1)甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。(2)乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。(3)真正(总)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。2．半叶法——测定光合作用有机物的产生量[实验原理]3．黑白瓶法——测溶氧量的变化[实验原理]黑瓶不透光，只进行呼吸作用，白瓶透光，可以进行光合作用和呼吸作用。所以：净光合作用量＝白瓶溶氧量－初始溶氧量呼吸作用量＝初始溶氧量－黑瓶溶氧量总光合作用量＝净光合作用量＋呼吸作用量＝白瓶溶氧量－黑瓶溶氧量【对点落实】3．(2020·蚌埠一模)如图是某生物兴趣小组测定光合作用和呼吸作用的实验装置图(装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度相对稳定)。在一定光照条件下观察结果如下，合理的是()A．甲装置水滴不动，乙装置水滴左移B．甲装置水滴右移，乙装置水滴右移C．甲装置水滴右移，乙装置水滴不动D．甲装置水滴左移，乙装置水滴右移解析：选A当甲装置中光合速率等于呼吸速率时，植物既不吸收二氧化碳也不释放氧气，液滴不移动，乙装置青蛙呼吸作用消耗氧气，释放二氧化碳后被碳酸氢钠溶液吸收，液滴左移，A正确；如果甲、乙装置水滴都右移，说明装置中气体量会增多，青蛙呼吸作用不可能使气体量增多，B错误；乙装置青蛙呼吸作用只能使装置内气体减少，液滴左移，C错误；甲装置中的绿色植物光合作用小于呼吸作用时装置中水滴向左移，乙装置水滴应向左移，D错误。4．某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，并于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1cm2的叶圆片烘干后称其重量，测得叶片叶绿体的总光合速率是(3y－2z－x)/6(g·cm－2·h－1)(不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)，则M处的实验条件是()A．下午4时后在阳光下照射3小时再遮光3小时B．下午4时后将整个实验装置遮光6小时C．下午4时后在阳光下照射6小时D．下午4时后将整个实验装置遮光3小时解析：选D依据选项，逆向推导，符合题干信息的就为正确选项。依题意，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，净光合速率为(y－x)/6(g·cm－2·h－1)，还需测定呼吸速率，所以遮光3小时，呼吸速率为(y－z)/3(g·cm－2·h－1)，总光合速率＝(y－x)/6＋(y－z)/3＝(3y－2z－x)/6(g·cm－2·h－1)。5．(多选)某生物科研小组，从鸭绿江的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下(a<b<c<d<e)，温度保持不变，24h后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，请根据其记录数据(如下表)判断下列选项中正确的是()光照强度(klx)0(黑暗)abcde白瓶溶氧量(mg/L)31016243030黑瓶溶氧量(mg/L)333333A.黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，但没有光照，植物不能进行光合作用产生氧B．光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧量相等，说明此光照强度下植物仍然不能进行光合作用C．当光照强度为c时，白瓶中植物产生的氧气量为21mg/LD．当光照强度为d时，再增加光照强度，白瓶中植物的光合速率不再增加解析：选ACD黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，但没有光照，植物不能进行光合作用产生氧；光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧量相等，说明植物光合作用产生的氧刚好用于所有生物的呼吸作用消耗；当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量即为总光合作用量＝净光合作用量＋呼吸作用消耗量＝(24－10)＋7＝21(mg/L)；由d、e两组数据可知，当光照强度为d时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不再增加，即白瓶中植物的光合速率不再增加。一、培养科学思维1．关于光合作用和呼吸作用的叙述，错误的是()A．磷酸是光反应中合成ATP所需的反应物B．光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与C．人体在剧烈运动时所需要的能量由乳酸分解提供D．病毒核酸的复制需要宿主细胞的呼吸作用提供能量解析：选C光合作用的光反应中有ATP的合成，需要原料ADP和磷酸；光合作用中叶绿素吸收光能的过程不需酶的催化；乳酸是无氧呼吸的产物，在人体内不能继续分解供能，人体在剧烈运动时所需的能量是由葡萄糖分解提供的；病毒无独立的代谢系统，病毒核酸的复制所需要的能量由宿主细胞的呼吸作用提供。2．(2018·全国卷Ⅲ)回答下列问题：(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的______________上，该物质主要捕获可见光中的______________。(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是_______________________________________________________________________________________________________________。(3)通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度______(填“高”或“低”)。解析：(1)高等植物进行光合作用捕获光能的物质是光合色素，该物质分布在叶绿体的类囊体薄膜上，其捕获的光主要是蓝紫光和红光。(2)由图中曲线可以看出，当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率都在增加；当叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率增加，两者差值减小，故群体干物质积累速率降低。(3)通常，阴生植物的光合速率和呼吸速率都比阳生植物低，因此与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度低。答案：(1)类囊体(薄)膜蓝紫光和红光(2)增加群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低(3)低二、进行科学探究3．(2016·全国卷Ⅱ)BTB是一种酸碱指示剂。BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用，进行了如下实验：用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色，之后将等量的浅绿色溶液分别加入7支试管中。其中6支加入生长状况一致的等量水草，另一支不加水草，密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见下表。试管编号1234567水草无有有有有有有距日光灯的距离(cm)20遮光*1008060402050min后试管中溶液的颜色浅绿色X浅黄色黄绿色浅绿色浅蓝色蓝色*遮光是指用黑纸将试管包裹起来，并放在距日光灯100cm的地方。若不考虑其他生物因素对实验结果的影响，回答下列问题：(1)本实验中，50min后1号试管的溶液是浅绿色，则说明2至7号试管的实验结果是由________________________________________________________________________________________________________________________________________________引起的；若1号试管的溶液是蓝色，则说明2至7号试管的实验结果是____________(填“可靠的”或“不可靠的”)。(2)表中X代表的颜色应为________(填“浅绿色”“黄色”或“蓝色”)，判断依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下水草______________________________________________________________。解析：(1)1号试管中没有加水草，50min后1号试管的溶液颜色仍为浅绿色，说明无关变量不会引起溶液颜色的变化，2至7号试管的实验结果应是由水草的光合作用、呼吸作用引起的；若1号试管的溶液是蓝色，说明无水草的光照条件下溶液中CO2含量减少了，无关变量对实验结果有影响，则说明2至7号试管的实验结果是不可靠的。(2)2号试管进行了遮光，水草不能进行光合作用，只能进行呼吸作用产生CO2，而且与3号试管(光合作用强度小于呼吸作用强度)相比，2号试管溶液中的CO2含量更多，颜色应为黄色。(3)5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下溶液中CO2含量没有变化，水草的光合作用强度与呼吸作用强度相等，吸收与释放的CO2量相等。答案：(1)不同光强下水草的光合作用和呼吸作用(合理即可)不可靠的(2)黄色水草不进行光合作用，只进行呼吸作